Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Nous avons exploré et exploité un nouveau type d'addition de Michael des nitroalcanes pour la synthèse des pipéridines et pipéridinones diversifiés, substitués par des aminés et des alcools. Nous avons démontré l'efficacité et la facilité de l'addition conjuguée des nitroalcanes aux amides cycliques a,P-insaturés, et étudié la stéréosélectivité de l'addition. A l'aide de cette réaction, nous avons généré une série de pipéridinones diversifiées, des acides a-aminés, des nitrocyclopropanes et une nouvelle classe de pipéridines substituées par des amines et des alcools. Finalement, nous avons développé une méthode simple et efficace pour l'addition conjuguée des nitroalcanes afin d'obtenir des alkylamines substituées. / The goal of this study was to synthesize novel piperidine and piperidinones with aminomethyl and hydroxymethyl appendages, to be used as probes, scaffolds or mimics. We have demonstrated the efficiency and practicality of nitroalkane conjugate Michael addition to a,p-unsaturated lactams while studying the effects of different nitroalkane substitutents on the stereoselectivity. The noteworthy features of this approach are its operational simplicity, the efficiency of the nitroalkane conjugate addition, and the facile preparation of 2- and 4-substituted 6-oxo-piperidinones.

Au cours de ces travaux de thèse, nous avons exploré diverses voies de synthèse du tricycle ABC de l'acide hexacyclinique, une molécule isolée en 2000 d'une souche de Streptomyces et possédant une activité cytotoxique modérée. Dans un premier temps nous avons mis au point une synthèse rapide et efficace de 2 précurseurs du cycle A, dont l'étape clé est une nouvelle réaction de métathèse cyclisante. Puis nous avons poursuivi notre synthèse selon un premier chemin synthétique dont les étapes clés sont une addition de Michael hautement diastéréosélective avec un énolate tricyclique ponté, et une cyclisation radicalaire initiée par l'acétate de manganèse (III). Après une optimisation préalable de l'addition de Michael sur un modèle racémique, cette voie nous a permis de synthétiser un précurseur avancé du tricycle ABC. Nous avons également testé l'emploi d'un énolate moins encombré pour l'étape clé d'addition de Michael, dont les rendements obtenus précédemment s'avéraient insuffisants dans le cadre d'une synthèse totale. Cette nouvelle voie nous a permis d'obtenir avec de meilleurs résultats un deuxième précurseur avancé du tricycle ABC, possédant tous les centres stéréogènes requis. Enfin, nous avons développé une nouvelle méthodologie permettant d'accéder au motif α-carbalcoxyénone cyclique. Elle permet de former de manière efficace des cycloalcénones à 5 ou 6 chaînons à l'aide d'une réaction de métathèse cyclisante impliquant une oléfine doublement désactivée par un groupement carbonylé. L'utilité de cette méthodologie a été démontrée par plusieurs applications synthétiques.

La recherche constante de nouvelles stratégies pour la construction de liaisons carbone-carbone et le désir d’imiter la nature dans son extraordinaire habileté à former des polycycles complexes nous ont mené à étudier la réaction de polycyclisation anionique. Jouant sur des modifications autour d’une structure de type sorbate, divers précurseurs ont pu être synthétisés en vue d’une cascade réactionnelle. Parmi ceux-ci, les précurseurs possédant une fonction malonate ont efficacement mené à la formation de polycycles fonctionnalisés, au travers d’une séquence tandem d’oléfination de Horner-Emmons suivie immédiatement d’une polycyclisation anionique incluant une addition de Michael intramoléculaire et une condensation de Dieckmann. Enfin, l’étude d’une variante pour rendre la séquence plus polyvalente a été débutée. Celle-ci se base sur l’initiation de la cascade réactionnelle par une addition de Michael intermoléculaire.

Le glycérol est une molécule bio-sourcée, abondamment disponible, issue de la saponification des corps gras et de la transestérification des huiles végétales. Les travaux portent sur l'utilisation du glycérol comme base structurale de cœurs de dendrimère, en particulier par addition d'oxa-Michael sur des dérivés acryliques. La fonctionnalisation en surface de dendrimères par des motifs imidazolium est explorée afin d’obtenir un dendrimère liquide ionique (DLI) aux propriétés thermosensibles. Le chapitre bibliographique est consacré dans une première partie, aux méthodes de synthèse de dendrimère mettant en jeu des dérivés acryliques et à leurs applications et dans une seconde partie, aux travaux consacrés à l'addition oxa-Michael d'alcools sur des dérivés acryliques. Le deuxième chapitre porte sur les synthèses, à partir du glycérol, de la base structurale du cœur de dendrimère. La réaction d’acylation du glycérol par le chlorure d’acryloyle est présentée ainsi que les différentes constructions de dendrimères poly(estersulfure) à partir du triacrylate de glycérol. L’addition nucléophile du glycérol sur l’acroléine, l’acrylamide, des acrylates et l’acrylonitrile a été étudiée. Avec les acrylates, la réaction d'addition nucléophile est en compétition avec la réaction de transestérification, à l’exception de l'acrylate de t-butyle résistant en milieu basique. Avec l’acrylonitrile, la synthèse du 1,2,3-tricyanoéthylglycéryléther a pu être menée sans solvant, en 5 heures à température ambiante, en présence d’un catalyseur peu coûteux (la soude 4 mol %) avec un rendement de 88% et une pureté de 99% sans méthode de purification. Les intermédiaires de réaction mono- et di-cyanoéthylglycéryléther ont été caractérisés et ont permis un suivi cinétique de la réaction. La synthèse de dendrimères poly(amidoamine) à partir du 1,2,3-tricyanoéthylglycéryl éther fait l’objet du troisième chapitre : synthèse des générations G0 à G2,5, caractérisation des dendrimères. Des défauts de structure dus à une cyclisation intramoléculaire ont été mis en évidence par HRMS pour les générations entières et les dendrimères de demi-génération Gn+5 (n entier) sont purifiés par colonne chromatographique. Différentes voies de synthèse pour l’obtention d’un DLI à termini imidazolium sont présentées / Glycerol is a bio-based molecule, abundantly available, from the saponification of triglyceride and the transesterification of vegetable oils. The work described in this PhD thesis concerns the use of glycerol as structural base of dendrimer's core, in particular by oxa-Michael addition on acrylic derivatives. The surface functionalization of dendrimers by imidazolium units is explored in order to obtain an ionic liquid dendrimer (DLI) with thermosensitive properties. In the first part, the bibliographic chapter presents the methods of dendrimers synthesis involving acrylic derivatives and their applications and, in a second part, the work introduces the oxa-Michael addition of alcohols to acrylic derivatives. The second chapter deals with the synthesis of the structural base of the dendrimer core from glycerol. The reaction of acylation of glycerol with acryloyl chloride is presented as well as the various constructions of poly(estersulfide) dendrimers from glycerol triacrylate. The nucleophilic addition of glycerol to acrolein, acrylamide, acrylates and acrylonitrile has been studied. With the acrylates, the nucleophilic addition reaction is in competition with the transesterification reaction, with the exception of t-butyl acrylate, resistant in basic medium. With acrylonitrile, the synthesis of 1,2,3-tricyanoethylglycerylether was carried out without solvent in 5 hours at room temperature in the presence of an inexpensive catalyst (4 mol% sodium hydroxide) in a yield of 88% and purity of 99% without purification method. The mono- and di-cyanoethylglycerylether reaction intermediates were characterized and allowed kinetic monitoring of the reaction. The synthesis of poly(amidoamine) dendrimers from 1,2,3-tricyanoethylglycerylether is the subject of the third chapter: synthesis of generations G0 to G2,5 and characterization of dendrimers. The defects in the structure due to intramolecular cyclization have been demonstrated by HRMS for generations Gn and the half-generation dendrimers Gn+5 (n=0, 1, 2) were purified by chromatographic column. Several routes of synthesis for the synthesis of DLI with imidazolium termini are presented

La présence conjointe de plusieurs fonctions confère aux allylphosphonates β-éthoxycarbonylés une réactivité particulière. Ces derniers sont considérés comme d’excellents précurseurs pour l’accès à de nouveaux composés organophosphorés. Dans le présent travail, nous avons décrit, dans un premier temps, l’utilisation de ces adduits entant qu’accepteurs de Michael. En effet, nous avons effectué des additions conjuguées d ethiols, d’amines et d’anions énolates dans des conditions réactionnelles douces. Ces allylphosphonates ont été également utilisés pour la préparation d’une nouvelle famille de γ-lactames α,β-instaurés phosphono-méthylés.L’étape clé de cette synthèse est une addition conjuguée de nitroalcanes sur les allylphosphonates suivie d’une réaction de Nef..Les cétoesters ainsi obtenus sont convertis en lactames par action d’amines primaires. Des réactions d’arylations pallado-catalysées sur les allyphosphonates ont permis l’accès à des hétérocycles phosphonatés dérivant de lacoumarine, de la quinoléine et de la benzoxépinone. La synthèse de P-hétérocyclesde différentes tailles à partir des allylphosphonates a été aussi possible par la conversion du groupe phosphonate en phosphorochloridate. La réactivité de ce dernier vis-à-vis de différentes amines, a permis d’isoler une nouvelle famille de N,Phétérocyclesà 5, 7, 8 et 9 chaînons. La synthèse de P-hétérocycles à 6 chainons a été également décrite en réalisant des cyclisations dans les conditions de métathèse cyclisante (RCM) à partir d’un bisallylphosphonate et d’un bisallylphosphoramidate issus des mêmes précurseurs. / Due to the joint presence of several functional groups, β-ethoxycarbonylatedallylphosphonates are considered as excellent precursors for the preparation of neworganophosphorus compounds. In the presentwork, we first described the use of suchphosphonates as Michael acceptors. Indeed, weperformed conjugated additions of thiols,amines and enolate-anion under mild reactionconditions. Allylphosphonates were also usedfor the preparation of a new family of phosphonomethyl α,β-unsaturated γ-lactams.The key step of this sequence is a conjugateaddition of nitroalkanes on allylphosphonates followed by a Nef reaction. Ketoester intermediaites were then convertedinto lactams by reaction with primary amines.Pd-catalyzed arylations on allylphosphonates allowed preparing phosphonated heterocyclesderived from coumarin, quinolinone andbenzoxepinone skeletons. The synthesis of Pheterocyclesof various sizes fromallylphosphonates was explored by theconversion of phosphonate inphosphorochloridate. The reactivity of the latterwith amines, allowed isolation of a new familyof 5-,7-, 8- and 9-membered N,P-heterocycles.The synthesis of 6-membered P-heterocycleshas also been described by performingcyclization under the conditions of a ringclosing metathesis (RCM) starting from bisallylphosphonates and bisallylphosphoramidates.

L'une des préoccupations de la chimie moderne est de développer des procédés éco-compatibles : une tendance consiste à remplacer les solvants organiques par les Liquides Ioniques (LI). Ainsi ces travaux décrivent l'utilisation des LI dans deux réactions à économie d'atomes : l'addition de Michael et la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée (ou non) par un sel de cuivre (CuAAC). La première partie des travaux relate l'emploi de Liquides Ioniques Super-Acides (LISA), connus pour générer une activation électrophile. Une optimisation du LISA a été effectuée sur une réaction-modèle, puis l'application à d'autres électrophiles et nucléophiles a été étudiée. La pureté du LISA influe sur la chimiosélectivité : s’il est partiellement hydrolysé, la réaction d'annélation de Robinson devient prépondérante. La version asymétrique du processus a été abordée, montrant qu'il est possible d'obtenir un excès énantiomérique à partir de dérivés d'acides aminés. La seconde partie de l'étude a permis de mettre au point une synthèse de (triazolylméthyl)vinylphosphonates à partir d'un acétoxyméthylvinylphosphonate selon une procédure monotope reposant sur la cycloaddition 1,3-dipolaire dans différents LI. Nous avons ensuite montré que le LI joue aussi le rôle d'activateur pour cette réaction. / In the context of sustainable chemistry, an alternative to conventional organic solvents is the use of ionic liquids. These works reported here aims to describe the use of ionic liquids (IL) in two atoms economy reactions, namely the Michael addition reaction and 1,3-dipolar cycloaddition catalyzed (or not) by a copper salt (CuAAC). In the first part of the work reports the use of Super-Acid Ionic Liquids (SAIL), which initiate an electrophilic activation. After optimization of SAIL on a reaction model, application to other electrophiles and nucleophiles is discussed. The purity of SAIL affects the chemioselectivity: if the SAIL is partially hydrolyzed, a Robinson annulation predominates. The asymmetric version of the process is investigated, showing that it is possible to carry out an enantioselective reaction with amino acid derived SAIL. The second part of the study deals with setting up an original synthesis of (triazolylmethyl)vinylphosphonate from acetoxymethylvinylphosphonate using a one-pot procedure involving a 1,3-dipolar cycloaddition in different LI. We further showed that the ionic liquid can also act as an activator for this reaction.

Ce mémoire de thèse se concentre sur le développement de réactions multicomposants énantiosélectives de dérivés 1,3-Dicarbonylés en présence d'un organocatalyseur, en vue de préparer des motifs polyhétérocycliques fusionnés.Dans un premier temps, nous décrivons nos résultats initiaux sur une réaction multicomposants énantiosélective avec des énals et des amines primaires simples. Au vu des faibles énantiosélectivités obtenues, des amines fonctionnalisées ont ensuite été introduites dans ces réactions, permettant ainsi de synthétiser des pyrrolopiperazines et d'autres molécules hétérocycliques polyfonctionnalisées énantioenrichies, toutes obtenues avec des rendements intéressants et des énantiosélectivités élevées.Ayant utilisé avec succès des β-Cétoamides α-Méthyléniques dans ces réactions multicomposantes, nous avons réalisé par ailleurs que leur simple addition de Michael sur des oléfines pauvres en électrons n'avait jamais été décrite en version organocatalysée. Nous avons donc étudié leur réaction avec des nitrooléfines en présence d’organocatalyseurs chiraux, et les produits attendus ont alors été obtenus avec de bons rendements et d'excellentes diastéréo- et énantiosélectivités. / This thesis focuses on the development of enantioselective multicomponent reactions with 1,3-Dicarbonyls in the presence of an organocatalyst, to synthesize fused polyheterocyclic motives.At first, we describe our initial results on an enantioselective multicomponent reaction with enals and simple primary amines. In view of the low enantioselectivities achieved, functionalized amines were then introduced in these reactions, thereby synthesizing enantioenriched pyrrolopiperazines and other polyfunctionalized heterocyclic molecules, all obtained with attractive yields and high enantioselectivities.Having successfully used methylene β-Ketoamides in these enantioselective MCRs, we realized also that their simple Michael addition to electron-Poor olefins had never been described in organocatalytic conditions. We therefore studied their reaction with nitroolefins in the presence of various chiral organocatalysts, and the expected products were pleasingly obtained with high yields, excellent diastereo- and enantioselectivities.

Ces travaux s’articulent autour de dérivés saccharidiques de type exo-glycals ou C-glycosides pour lesquels de nouvelles méthodologies synthétiques ainsi que des applications dans le domaine de la biologie ont été développées. Dans un premier temps, l’addition de nucléophiles soufrés et carbonés sur le carbone anomérique de différents exo-glycals activés a été réalisée, permettant un accès efficace à de nouveaux S-glycosides tertiaires ainsi qu’à des γ-glycoamino acides anomériques. Ces derniers ont été utilisés pour l’élaboration de peptides linéaires mixtes α/γ dont les propriétés de structuration ont ensuite été étudiées par RMN, IR, CD et modélisation moléculaire. De nouvelles plates-formes glycopeptidiques multifonctionnelles ont été préparées par cyclisation de ces peptides. Dans un second temps, le développement de peptidomimétiques ciblant le récepteur neuropiline-1, impliqué dans l’angiogenèse tumorale, a été entrepris. En s’appuyant sur des études de modélisation moléculaire, certains composés ont montré une bonne affinité pour le récepteur NRP-1 et l’un des composés a montré des propriétés prometteuses pour l’inhibition de la formation de tubules / This work is focused on the development of new synthetic pathways for exo-glycals functionalization and synthesis of bioactive compounds. The first part of this manuscript describes the efficient preparation of new tertiary S-glycosides and γ-glycoamino acids via Michael addition of thiols derivatives and carbanions on anomeric carbon of exo-glycals. The obtained γ-glycoamino acids were then incorporated in α/γ mixed peptides and their structural properties were studied by NMR, IR, CD and molecular modelling studies. Furthermore, cyclic multivalent platforms were built by intramolecular cyclization of these entities. The second part of the manuscript concerns the elaboration of peptidomimetics targeting neuropilin-1 receptor, implicated in tumor angiogenesis. Based on molecular modeling studies, some compounds showed interesting binding affinity for NRP-1 receptor and one of them displayed promising properties toward inhibition of tubule formation

La trypanosomiase humaine africaine, la maladie de Chagas et les leishmanioses sont des maladies parasitaires qui représentent un problème majeur de santé publique dans de nombreux pays et notamment ceux en voie de développement. Afin de trouver de nouveaux candidat-médicaments contre ces parasites, deux séries chimiques ont été étudiées : les diarylidèneacétones et les 2,6-diaryl-4H-tetrahydrothiopyranones.Précédemment initiée au laboratoire, l'étude approfondie de la série diarylidèneacétone a nécessité la mise au point et l'optimisation de protocoles. Une nouvelle méthodologie de synthèse des (hétéro)diarylidèneacétones dissymétriques par palladocatalyse a ainsi été développée en collaboration avec le Pr. T. J. Müller (Université de Düsseldorf). En dépit d'excellentes activités antiparasitaires, la plupart des diarylidèneacétones synthétisées se sont révélées trop toxiques sur les cellules humaines.Les 2,6-diaryl-4H-tétrahydrothiopyranones et leurs S-oxydes ont été conçues pour résoudre ce problème de toxicité. Agissant comme prodrogues, ces molécules sont susceptibles de régénérer les diarylidèneacétones parentes par β-élimination du groupement soufré intracyclique. Peu décrite dans la littérature, la synthèse diastéréosélective de ces structures a été intégralement mise au point et généralisée à de nombreuses substitutions. Les résultats obtenus prouvent que la toxicité des produits a été grandement diminuée tout en maintenant une activité antiparasitaire importante, ce qui valide l'approche de la stratégie prodrogue. / Human African trypanosomiasis, Chagas disease and leishmaniasis are parasitic diseases that significantly affect the populations and thus the economy of many developing countries. With the aim of developing new therapeutic agents to cure these diseases, we focused our research on two series: the diarylideneacetone and the 2,6-diaryl-4H-tetrahydrothiopyranone series.To complete and expend preliminary results that had been previously obtained in our laboratory, a generalization and an optimization of the protocols was intended. Thus, a novel Palladium-catalyzed synthesis of (hetero)dissymmetric diarylideneacetones was developed and optimized in collaboration with Prof. T. J. Müller (University of Düsseldorf). In spite of excellent antiparasitic activities, most of the diarylideneacetones were toxic toward human cells.2,6-Diaryl 4H-tetrahydrothiopyranones and their related S-oxides were designed to cope with major toxicity issues. Acting as prodrugs, these molecules are prone to undergo β-elimination of the sulfurated intracyclic group, regenerating the parent diarylideneacetone. The diastereoselective synthesis of this scaffold is not extensively described in the literature. Consequently, novel diastereoselective methodologies have been developed and generalized to a wide panel of substitution patterns. Results of the biological assays demonstrated that sulfide and S-oxide prodrugs displayed a lowered toxicity while the potency was maintained, thus confirming the validity of the prodrug strategy.

Au cours de cette thèse, nous avons rapporté que la combinaison unique de l'hexafluoroisopropanol (HFIP), utilisé comme solvant, et des conditions hyperbares (10-15 kbar) permet une addition sans précédent de nucléophiles-1,4 pauvres, comme les amines aromatiques, sur des récepteurs Michael encombrés, sans promoteur externe. De plus, l'addition d'hétéro-Michael d'anilines fonctionnellement substituées sur des esters insaturés-α,β est définie par la différence d'acidité entre le solvant et l'amine. La réaction avec des anilines plus basiques se déroule facilement dans le méthanol. En revanche, les solvants protiques très polaires comme les alcools fluorés (HFIP et TFE) favorisent l'addition d'aza-Michael de nucléophiles plus faibles. Enfin, une méthode verte et sans catalyseur de construction de nouveaux dérivés d'acides aminés contenant des fragments d'adamantane et d'aziridine a été développée. Et il est prouvé que la réaction d'aza-Michael initie la formation de l’hétérocycle. / Along this PhD work, we have reported that the unique combination of hexafluoroisopropanol (HFIP), employed as solvent, and hyperbaric conditions (10-15 kbar) allows unprecedented 1,4-addition of poor nucleophiles such as aromatic amines onto sluggish (cumbersome) Michael acceptors without any promoter nor work-up. Moreover, The hetero-Michael addition of functionally substituted anilines to α,β-unsaturated esters is significantly defined by the difference of acidity between the solvent and the amine. Reaction with more basic anilines proceeds smoothly in methanol. In contrast, very polar protic solvent such as fluorinated alcohols (HFIP and TFE) favor the aza-Michael addition of more weak nucleophiles. Finally, green and catalyst-free method of new amino acid derivatives construction containing adamantane and aziridine fragments was developed. And it is proved that aza-Michael reaction initiates the formation of heterocycle.